喀麦隆曼维莱水电站二期施工导流方案优化

唐兰兰

（中国水利水电第十六工程局有限公司，福建福州350003）

1 工程概况

曼维莱水电站工程位于喀麦隆共和国南部玛安省境内紧邻赤道几内亚的恩特姆河上，地处热带丛林地区，距省会埃博洛瓦市约175 km，距首都雅温得约343 km，距最大港口城市杜阿拉约515 km。工程为Ⅱ等大（2）型水电站工程，库区控制流域面积26 350 km2，正常蓄水位为392 m，总库容为1.3亿m3。共安装4 台水轮发电机组，总装机为211 MW，年均发电量为11.87 亿kW·h。工程由拦河坝、主副溢洪道、取水口、输水渠道、压力前池、进水口、二道坝、压力管道、发电厂房、尾水渠及升压开关站等主要建筑物组成。

2 气候地质及地形情况

Ntem河流域位于赤道地带，全年分为2个雨季和2 个旱季。随旱、雨季交替变化，Ntem 河径流全年分为2 个汛期和2 个枯水期，年内较大洪水主要出现在4—6月和9—12月的2个汛期内，其中9—12月为主汛期，年内最大洪水多发生在该时段内。

坝址区河谷宽阔，坝址上游河道相对顺直，水流平缓，地形起伏较小，分布有多个条带状低洼的沼泽地，河床高程为381～382 m。主河道分左、右两支，迂回曲折，水流湍急，两主河道之间散布着几个弯曲的支流及3 个较大的河心岛，坝址沿线河心岛地面高程为382～387 m。

坝址区河床部分表层第四系全新统冲积（Q4al）以粉细砂或粘质粉土为主，厚1～3 m，下伏基岩为下元古界恩特姆组（Pt1N）花岗片麻岩。

3 二期施工导流方案

3.1 原方案

在工程详细初步设计阶段（APD 阶段），根据前期补勘的地质、地形和水文资料，进行二期施工导流设计，布置方案：坝址处主河道分为左、右两支，两主河道之间散布着几个弯曲的支流及3 个较大的河心岛。二期施工导流围河道右侧，利用左支主河槽已完建的主溢洪道和冲沙闸泄流，在二期围堰的围护下，完成右侧土石坝（MD1+003以右）和辅助溢洪道施工。

3.2 优化方案

在一期导流施工时，上游主围堰是在上游子围堰的围护下进行干地填筑施工，围堰采用均质土围堰，堰基开挖截渗槽防渗。围堰基坑水抽干之后，发现河床沉积许多枯枝烂木，主要原因是工程区处于茂密原始森林区。从一期上游主围堰堰基开挖出来的表层全风化岩石呈黑色蜂窝状。如果没有采用上游子围堰的方案，上游主围堰直接进占填筑，河床的枯枝烂木势必被埋在主围堰下面，堰基表层黑色蜂窝状全风化岩石无法挖除，必然造成堰基出现大量渗漏水，从而投入更多的防渗措施费用和增加大坝基坑的经常性抽排水费用。

根据围堰施工方案，为了减小运距，且充分利用开挖弃渣，减少弃渣量，二期围堰填筑的石料来自距离二期围堰约5 km 的左岸输水明渠明挖石料，粘土料来自距离二期围堰约1 km 的右岸B1 土料场。且根据一期围堰施工的经验，在堰基为粉细砂地层条件下，采用均质土围堰、堰基开挖截渗槽防渗是成功的，围堰渗水量非常小，防渗效果非常好。如果二期围堰采用均质土围堰，在技术上是可行的，经济上可大大节省了大坝基坑的抽水费用，且取消了堆石料，降低了围堰填筑成本。

在二期施工导流施工时，二期工程区的茂密原始森林已全部被砍伐并清理，地形、河床情况更加直观明朗，结合一期导流施工中碰到的问题及成功经验，同时，为降低围堰填筑成本及大坝基坑的抽水费用，将二期围堰布置做了调整优化：将二期上、下游围堰改为均质土围堰，并在原方案二期上游围堰的位置修改为子围堰位置，在子围堰下游适当位置增加上游主围堰。二期施工导流优化方案布置图见图1，子围堰及上、下游围堰结构见图2，3。

图1 二期施工导流优化方案布置图

图2 二期施工导流上游子围堰（Ⅱ1-Ⅱ1）断面图（优化方案）

4 二期施工导流实施中碰到的风险及应急预案

4.1 风险

图3 二期施工导流上下游围堰断面图（优化方案）

原计划是2014 年12 月底开始二期转流，但根据实际施工进度情况，需延迟至2015 年2 月22 日开始二期转流，同时开始二期上游子围堰填筑，3月3日子围堰合龙闭气。子围堰形成后开始上下游主围堰的填筑。由于工程量大，预计最快在2015年4月中旬才能填筑完成，已进入了小汛期（4—6月），而子围堰是按枯水期10年一遇设计，因此在汛期有可能出现洪水位超过上游子围堰顶高程。

4.2 应急预案

鉴于上述存在的风险，拟定了以下两种应急预案：

1）取消上游子围堰，直接填筑上游主围堰方案

如果按设上游子围堰方案，为了保证主围堰施工和子围堰的安全，则需提高上游子围堰设计标准。经计算，提高设计标准后的上游子围堰的顶高程接近上游主围堰的顶高程，工程量大大增加，在施工和经济上都不利，因此建议取消上游子围堰，直接填筑上游主围堰进行二期截流。优点：可以节省上游子围堰施工的费用。缺点：在没有子围堰围护下直接填筑主围堰，河床的枯枝烂木和蜂窝状全风化岩石堰基必然造成堰基出现大量渗漏水，防渗处理措施和基坑经常性抽排水工作量大，投入费用高。

2）上游子围堰局部加高加固方案

鉴于提高上游子围堰设计标准造成的不经济性，拟采取对上游子围堰进行局部加高加固方案，以保证主围堰施工和子围堰的安全。优点：一是上游子围堰局部加高加固工作容易实施，且工作量少、费用低；二是更具有机动性。如果上游主围堰填筑速度快，能够保证在2015 年3 月份底前完成，则不需要对子围堰进行加高加固。如果工期延后，则放弃填筑主围堰，立即对上游子围堰进行加高加固。已填筑的部分上游主围堰可作为基坑前辅助围堰，有利于截留上游子围堰渗漏的水，再次保证主基坑在干地施工。缺点：一是增加了上游子围堰施工的费用；二是上游子围堰与下游主围堰间的范围内汇水面积大，且右岸有个冲沟也在此范围内，造成基坑初期抽排水工作量大，投入费用高。

经过分析比较，最终选择方案2作为应急预案。

5 结语

曼维莱水电站工程二期围堰建成后，现场观测围堰基础渗水量非常小，可以不采取额外的防渗措施，防渗效果好，证明了所选取的优化方案的正确性。二期施工导流的顺利实施不仅确保了首部枢纽二期转流关键节点的实现，确保了项目总进度，而且节约了施工成本。该工程施工导流方案优化的成功实例，可以为后续类似工程，特别是位于非洲热带原始森林的项目提供借鉴经验。